曲軸是汽車發(fā)動機(jī)最重要、最關(guān)鍵的零件，也是其核心運(yùn)動部件。曲軸生產(chǎn)質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機(jī)的性能及壽命。巴西生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)曲軸在運(yùn)行很短時間后，發(fā)生斷裂。本文通過對斷裂曲軸進(jìn)行的宏觀、微觀和化學(xué)成份等方面的綜合分析，找出失效發(fā)動機(jī)曲軸斷裂的主要原因，為以后曲軸質(zhì)量的改進(jìn)提高提供依據(jù)。

（1）化學(xué)成分分析

（2）宏觀分析

曲軸在第3連桿斷裂失效，而不是在更高負(fù)載的后部第6連桿。裂紋源的位置不在關(guān)鍵的感應(yīng)淬火圓角位置，而是在鍛造面上，因此，故障位置顯示斷裂的根本原因是曲軸的質(zhì)量問題，而不是由于發(fā)動機(jī)過載斷裂。

裂紋由多條裂紋源引發(fā)，且裂紋源均在4主軸頸凸臺上部的膀臂上，裂紋面檢查發(fā)現(xiàn)光滑的彎曲疲勞破壞，顯示一個非常大的疲勞裂紋增長。由此推斷認(rèn)為是發(fā)動機(jī)運(yùn)行很短時間后，裂紋迅速擴(kuò)展并最后斷裂。曲軸瞬斷區(qū)面積較小，可以判定曲軸在使用過程中受到外力作用并不大，這也說明不是由于發(fā)動機(jī)過載引起斷裂。該曲軸第4主軸頸和第3連桿發(fā)生拉瓦現(xiàn)象，軸頸拉瓦劃痕較深，軸頸表面顏色較黑。主軸頸斷裂一側(cè)的凸臺有燒傷痕跡，但是沒有劃痕現(xiàn)象，其它軸頸較好，無拉瓦燒瓦等痕跡。圖5中用4%的硝酸酒精侵蝕后發(fā)現(xiàn)，圓角位置淬火層輪廓良好，軸頸位置有明顯的二次淬火現(xiàn)象。

（3）淬火深度和淬火輪廓分析

第4主軸分解、取樣對淬火層進(jìn)行檢驗，取樣位置試樣淬火層輪廓形狀良好，圓角部位淬火層輪廓飽滿圓潤，軸頸部位淬火層有輕微的馬鞍形。試樣淬火層輪廓形狀良好，圓角淬火層輪廓圓潤飽滿，而軸頸部位明顯有兩次淬火的痕跡，即二次淬火。

依據(jù)GB/T5617－2005《鋼的感應(yīng)淬火或火焰淬火后有效硬化層深度的測定》檢測方法，對淬火層深度進(jìn)行梯度檢測，檢測結(jié)果見表2。從表2中可以看出，試樣圓角位置淬火層深度都滿足技術(shù)要求。

試樣軸頸位置淬火層深度為0mm，淬火層各個位置HRC硬度都低于49HRC。

試樣軸頸淬火層深度大于6mm，軸頸兩次淬火層重疊，且二次淬火層深度明顯大于一次淬火層。所以2#試樣軸頸淬火層深度檢測的是二次淬火層深度。

主軸淬火層深度

淬火層輪廓深度的檢測結(jié)果見表3。從表3中可以看出，圓角和軸頸淬火層輪廓深度都符合技術(shù)要求。

（4）微觀分析

對試樣軸頸淬火層進(jìn)行金相檢測，發(fā)現(xiàn)軸頸表面金相組織主要由粗大馬氏體、少量鐵素體組成，往里則依次出現(xiàn)索氏體、珠光體、鐵素體等組織，軸頸表面有輕微的脫碳現(xiàn)象，脫碳層最深大約有39μm。

      產(chǎn)生這種組織的原因主要是軸頸與軸瓦之間缺少潤滑油，軸頸與軸瓦之間無法形成油膜，造成二者之間干摩擦。當(dāng)曲軸軸頸和連桿軸頸的油道或油孔堵塞，造成發(fā)動機(jī)曲軸軸頸與軸瓦之間由于沒有油膜保護(hù)而出現(xiàn)嚴(yán)重干磨，接觸表面達(dá)到極限高溫，曲軸頸與軸瓦之間就相互咬死、燒結(jié)，在軸頸表面發(fā)生二次淬火及高溫回火。當(dāng)軸頸表面層的瞬間溫度超過鋼的Ac1點，軸頸表面就會出現(xiàn)二次淬火馬氏體，而在軸頸表層下由于溫度梯度大，時間短，只能形成高溫回火組織。脫碳是鋼材加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。脫碳層的組織特征：脫碳層由于碳被氧化，反映在化學(xué)成分上其含碳量較正常組織低；反映在金相組織上其滲碳體（Fe3C）的數(shù)量較正常組織少；反映在力學(xué)性能上其強(qiáng)度或硬度較正常組織低。零件上不加工的部分（黑皮部分）脫碳層全部保留在零件上，這將使性能下降，疲勞強(qiáng)度降低，導(dǎo)致零件在使用中過早地發(fā)生疲勞損壞。

      為驗證疲勞強(qiáng)度，對失效曲軸鍛造曲柄輪廓良好的第1連桿和鍛造曲柄輪廓不好的第6連桿進(jìn)行彎曲疲勞試驗。結(jié)果見表4。從表4中可看出，鍛造曲柄輪廓不好的第6連桿疲勞強(qiáng)度明顯比鍛造曲柄輪廓良好的第1連桿差。